Filtern
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (1)
- Dissertation (1)
Schlagworte
- Fatigue (2) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
Due to the different thermal expansion of the constituent materials, cyclic thermal loading of FRP induces alternating stresses in the material at two scales: at the micro scale (level of fibre–matrix-interaction) and at the macro scale (level of the multidirectional laminate). Especially the micro scale effect is not comprehensively investigated yet. Additionally, computational investigations mostly neglect this effect due to the homogenous modelling of the composite material. As this effect is assumed to significantly contribute to the fatigue of FRP at thermal loads, the present paper suggests an experimental and numerical multiscale approach including Experiments at the different involved material scales to separately observe the effects acting at these scales. The approach also includes numerical modelling for each scale to complement the knowledge gained from the Experiments and to create a basis for the consideration of the micro effect even in macroscopic fatigue models treating homogeneous modelled composites. The main focus of the contribution is to bring the overall Approach up for discussion, rather than to present the multiscale modelling details.
Die Werkstoffgruppe der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) hat sich aufgrund ihrer hervorragenden Leichtbaueigenschaften unter anderem im Sportgerätebau, in der Luft- und Raumfahrt und in der Windenergieindustrie etabliert. Die so hergestellten Strukturen sind in der Regel nicht nur mechanischen Belastungen, sondern auch thermischen Lasten in einem breiten Temperaturspektrum ausgesetzt. Dennoch ist die Auswirkung des Temperatureinflusses bei einer Kombination von thermischer und mechanischer Last auf die Lebensdauer von Strukturen aus FKV bisher nur wenig untersucht.
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss von Temperaturen zwischen 213 K und 343 K auf einen Glasfaser-Epoxidharz-Verbund experimentell untersucht. Das Material wird in diesem Temperaturbereich eingehend charakterisiert: Es werden sowohl die thermomechanischen Eigenschaften von Faser- und Matrixwerkstoff als auch die des Verbundes ermittelt. In einem weiteren Schritt wird dann der Einfluss der Temperatur auf die Schädigungsentwicklung im quasi-statischen Lastfall sowie unter schwingender Ermüdungsbeanspruchung bei verschiedenen FKV-Mehrschichtverbunden analysiert.
Basierend auf den experimentellen Daten wird ein Zusammenhang zwischen der Schädigung und der Anstrengung der Matrix innerhalb der Einzelschicht demonstriert. Die Matrixanstrengung wird mithilfe eines mikromechanischen Modells unter Berücksichtigung der thermomechanischen Eigenspannungen analytisch berechnet. Bei Querzugbeanspruchung kann gezeigt werden, dass eine Vorhersage der Schädigung in Abhängigkeit der Volumenänderungsenergie innerhalb der Matrix getroffen werden kann.
Mithilfe des Konzepts der Matrixanstrengung ist eine Vorhersage der Lebensdauer des Werkstoffs unter schwingender Ermüdungsbeanspruchung in Abhängigkeit der Einsatztemperatur möglich.